Роль генетики в медицине

Роль генетики в медицине

Большое число болезней имеет наследственную природу. Профилактика и лечение их требуют знания генетики. Ненаследственные болезни протекают неодинаково, а их лечение проводится в зависимости от генетической конституции человека, чего не может не учитывать врач. Многие врожденные аномалии возникают вследствие воздействия неблагоприятных условий среды. Предупредить их – задача врача, вооруженного знаниями биологии развития организмов. Здоровье людей в большой мере зависит от среды, в частности от той, которую создает человечество. Знание биологических закономерностей необходимо для научно обоснованного отношения к природе, охране и использованию ее ресурсов, в том числе с целью лечения и профилактики заболеваний. Как уже говорилось, причиной многих болезней человека являются живые организмы, поэтому для понимания патогенеза (механизма возникновения и развития болезни) и закономерностей эпидемического процесса (т. е. распространения заразных болезней) необходимо изучение болезнетворных организмов.

 

 

генетика и её место  в системе естественных наук и  медицинского образования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Генетика по праву может  считаться  одной  из  самых  важных  областей

биологии.  На  протяжении  тысячелетий  человек  пользовался  генетическими

методами для улучшения домашних животных и возделываемых растений, не  имея

представления  о  механизмах,  лежащих  в  основе  этих  методов.  Судя  по

разнообразным археологическим данным, уже 6000 лет назад люди понимали, что

некоторые  физические  признаки  могут  передаваться  от  одного  поколения

другому. Отбирая определенные организмы из природных популяций и  скрещивая

их между  собой,  человек  создавал  улучшенные  сорта  растений  и  породы

животных, обладавшие нужными ему свойствами.

      Однако лишь в начале XX в.  ученые  стали осознавать  в полной  мере

важность законов наследственности и ее механизмов. Хотя  успехи  микроскопии

позволили установить, что наследственные признаки передаются из поколения  в

поколение  через  сперматозоиды  и  яйцеклетки,  оставалось  неясным,  каким

образом мельчайшие частицы протоплазмы  могут нести  в  себе  «задатки»  того

огромного  множества  признаков,  из  которых  слагается  каждый   отдельный

организм.

      Первый действительно  научный шаг вперед  в  изучении  наследственности

был  сделан  австрийским  монахом  Грегором  Менделем,  который в 1866  г.

опубликовал  статью,  заложившую  основы   современной   генетики.   Мендель

показал,  что  наследственные  задатки  не  смешиваются,  а  передаются   от

родителей потомкам в виде дискретных  (обособленных)  единиц.  Эти  единицы,

представленные  у особей  парами,   остаются   дискретными   и   передаются

последующим поколениям в  мужских  и  женских  гаметах,  каждая  из  которых

содержит по одной  единице  из  каждой  пары.  В  1909  г.  датский  ботаник

Иогансен назвал эти единицы гедам», а в 1912 г. американский генетик  Морган

показал, что они  находятся  в  хромосомах.  С  тех  пор  генетика  достигла

больших  успехов  в  объяснении  природы  наследственности   и   на   уровне

организма, и на уровне гена.

 

 

 

 

 

ЕНЕТИКА, наука, изучающая наследственность и изменчивость – свойства, присущие всем живым организмам. Бесконечное разнообразие видов растений, животных и микроорганизмов поддерживается тем, что каждый вид сохраняет в ряду поколений характерные для него черты: на холодном Севере и в жарких странах корова всегда рождает теленка, курица выводит цыплят, а пшеница воспроизводит пшеницу. При этом живые существа индивидуальны: все люди разные, все кошки чем-то отличаются друг от друга, и даже колоски пшеницы, если присмотреться к ним повнимательнее, имеют свои особенности. Два эти важнейшие свойства живых существ – быть похожими на своих родителей и отличаться от них – и составляют суть понятий «наследственность» и «изменчивость».

 

 

Истоки генетики,

как и любой другой науки, следует искать в практике. С тех  пор как люди занялись разведением  животных и растений, они стали  понимать, что признаки потомков зависят  от свойств их родителей. Отбирая и скрещивая лучших особей, человек из поколения в поколение создавал породы животных и сорта растений с улучшенными свойствами. Бурное развитие племенного дела и растениеводства во второй половине 19 в. породило повышенный интерес к анализу феномена наследственности. В то время считали, что материальный субстрат наследственности – это гомогенное вещество, а наследственные субстанции родительских форм смешиваются у потомства подобно тому, как смешиваются друг с другом взаиморастворимые жидкости. Считалось также, что у животных и человека вещество наследственности каким-то образом связано с кровью: выражения «полукровка», «чистокровный» и др. сохранились до наших дней.

Неудивительно, что  современники не обратили внимания на результаты работы настоятеля монастыря  в Брно Грегора Менделя по скрещиванию гороха. Никто из тех, кто слушал доклад Менделя на заседании Общества естествоиспытателей и врачей в 1865, не сумел разгадать в каких-то «странных» количественных соотношениях, обнаруженных Менделем при анализе гибридов гороха, фундаментальные биологические законы, а в человеке, открывшем их, основателя новой науки – генетики. После 35 лет забвения работа Менделя была оценена по достоинству: его законы были переоткрыты в 1900, а его имя вошло в историю науки.

 

 

 

Достижения и проблемы современной генетики.

На основе генетических исследований возникли новые области знания (молекулярная биология, молекулярная генетика), соответствующие  биотехнологии (такие, как генная инженерия) и методы (например, полимеразная цепная реакция), позволяющие выделять и синтезировать нуклеотидные последовательности, встраивать их в геном, получать гибридные ДНК со свойствами, не существовавшими в природе. Получены многие препараты, без которых уже немыслима медицина (см. ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ). Разработаны принципы выведения трансгенных растений и животных, обладающих признаками разных видов. Стало возможным характеризовать особей по многим полиморфным ДНК-маркерам: микросателлитам, нуклеотидным последовательностям и др. Большинство молекулярно-биологических методов не требуют гибридологического анализа. Однако при исследовании признаков, анализе маркеров и картировании генов этот классический метод генетики все еще необходим.

Как и любая другая наука, генетика была и остается оружием  недобросовестных ученых и политиков. Такая ее ветвь, как евгеника, согласно которой развитие человека полностью  определяется его генотипом, послужила  основой для создания в 1930–1960-е  годы расовых теорий и программ стерилизации. Напротив, отрицание роли генов и  принятие идеи о доминирующей роли среды привело к прекращению  генетических исследований в СССР с  конца 1940-х до середины 1960-х годов. Сейчас возникают экологические  и этические проблемы в связи  с работами по созданию «химер» –  трансгенных растений и животных, «копированию» животных путем пересадки клеточного ядра в оплодотворенную яйцеклетку, генетической «паспортизации» людей и т.п. В ведущих державах мира принимаются законы, ставящие целью предотвратить нежелательные последствия таких работ.

Современная генетика обеспечила новые возможности для исследования деятельности организма: с помощью индуцированных мутаций можно выключать и включать почти любые физиологические процессы, прерывать биосинтез белков в клетке, изменять морфогенез, останавливать развитие на определенной стадии. Мы теперь можем глубже исследовать популяционные и эволюционные процессы (см. ПОПУЛЯЦИОННАЯ ГЕНЕТИКА), изучать наследственные болезни (см. ГЕНЕТИЧЕСКОЕ КОНСУЛЬТИРОВАНИЕ), проблему раковых заболеваний и многое другое. В последние годы бурное развитие молекулярно-биологических подходов и методов позволило генетикам не только расшифровать геномы многих организмов, но и конструировать живые существа с заданными свойствами. Таким образом, генетика открывает пути моделирования биологических процессов и способствует тому, что биология после длительного периода дробления на отдельные дисциплины вступает в эпоху объединения и синтеза знаний.

 

 

 

Интенсивное развитие в истекающем XX в. медико-биологических наук и

технологий на их основе позволяет не только описывать  в терминах молекулярных

структур и процессов  тонкое строение отдельных частей тела и их согласованную

работу, но и создавать  принципиально новые методы диагностики, лечения и

профилактики многих заболеваний.

Такое проникновение  в ультратонкую организацию и  жизнедеятельность организма

стало возможным  благодаря установлению химического  строения и функций

нуклеиновых кислот, содержащих передаваемые от поколения  к поколению

генетические тексты, согласно которым реализуется программа  развития

организма.

Разумеется, сказанное  относится к нормальному развитию организма в нормальных

условиях. В действительности в ходе онтогенеза часто происходят ошибки.

Многие оплодотворенные  яйцеклетки не способны пройти все  стадии

внутриутробного развития, что приводит к спонтанным абортам  или появлению

нежизнеспособных  плодов. Но и среди новорожденных  младенцев 4 - 5% составляют

дети с различными врожденными заболеваниями и (или) пороками развития

наружных и (или) внутренних органов, порой несовместимыми с после утробной

жизнью.

Однако далеко не все наследственные заболевания  проявляются при рождении

человека. Около 15% населения  отягощено позже развивающимися, но также

зависящими от наследственной предрасположенности болезнями: сахарным

диабетом, бронхиальной астмой, гипертонической болезнью, псориазом, большой

группой неврологических  расстройств и др. Приведенные  данные относятся к

нормальным условиям жизни. А каковы они будут с  учетом влияния экологических

катастроф и антропогенных  загрязнений биосферы, пока нельзя сказать. Ясно

только, что наследственный груз человечества станет значительно  больше.

В России каждый год  на 1.2 - 1.3 млн родов появляется около 60 тыс. детей с

врожденными пороками развития и наследственными болезнями, в том числе около

15 тыс. младенцев  с очень тяжелыми поражениями.  Часть таких детей умирает  в

раннем возрасте, многие становятся инвалидами. Ежегодно число инвалидов с

детства в России увеличивается на 15 - 20 тыс. при средней  продолжительности

их жизни 20 - 40 лет.

Наследственные болезни  и пороки развития, весомую долю которых составляют

семейные формы  патологии, ложатся тяжким бременем на семью и общество. В год

на содержание одного такого ребенка в специализированном учреждении

затрачивается до 20 тыс. деноминированных рублей (до 17 августа 1998 г.), а

на содержание 300 - 500 тыс. инвалидов требуется не менее 6 - 8 млрд руб.,

соответственно. При  этом речь идет о самых скромных расходах на уход и

поддержание жизни  таких страдальцев.

Все это говорит  о том, что диагностика, лечение  и профилактика наследственных

и врожденных заболеваний  и пороков - одна из самых актуальных задач

медицинской генетики. В развитых странах большинство  современных подходов к

ее решению базируется на результатах молекулярно-генетических исследований,

объединенных в самый крупный в истории человечества международный

биологический проект "Геном человека".

В России также существует программа "Геном человека", руководители которой

осознают, что наряду с главной задачей прочесть и  расшифровать весь геном

человека, необходимо уделять немалое внимание медико-генетической части.

Сегодня это один из самых больших разделов программы, который включает ДНК-

диагностику и генотерапию наследственной патологии, изменения генома при

опухолевых заболеваниях, правовые и этические проблемы геномных исследований

и их медицинских  приложений.

Всего 20 лет назад  самыми тонкими методами изучения наследственной патологии

человека были цитогенетический анализ дифференциально окрашенных хромосом и

биохимическое исследование метаболитов и ферментов методами электрофореза и

хроматографии. Со второй половины 80-х годов ситуация радикально изменилась.

Новые методы выделения, клонирования, секвенирования, гибридизации ДНК уже

вошли в лабораторную и клиническую практику диагностики  наследственной (и не

только наследственной) патологии. Разработанные же на базе рекомбинантных ДНК

методы конструирования  векторов для переноса в клетки-мишени, интеграции в

геном реципиента и  экспрессии в нем корригирующих  ДНК-последовательностей

начинают применяться  для молекулярной заместительной терапии  генетических и

иных дефектов.

                             Генодиагностика.                            

Среди медицинских  приложений современных генно-инженерных технологий наиболее

успешно развиваются  генотерапия и, особенно, генодиагностика.

Многообразие форм наследственных болезней (а их уже  известно более 4 тыс.),

изменчивость их клинических проявлений и часто  отсутствие радикального

лечения делают особенно актуальной разработку точных ранних (пре клинических

и пренатальных) методов диагностики этих болезней. А это прежде всего ДНК-

диагностика, молекулярная цитогенетика, тонкая биохимическая  и

иммунодиагностика, компьютерный информационный анализ. К сожалению, сегодня в

России такие методы доступны пока только федеральным медико-генетическим